船舶防污缺陷研究论文提纲

论文题目：铝合金表面TiO₂薄膜的制备及性能研究

摘要：铝合金因其密度小,比强度高,导电导热性好,在船舶以及船用设备领域应用日趋广泛。但在海水及海洋大气严苛的环境中,铝合金腐蚀现象十分严重。同时,海洋环境中,由于微生物及其它海洋污染物的附着,造成船体污损问题也很突出。因此,船用铝合金既要考虑防腐又要兼顾防污。近年来,二氧化钛（TiO2）薄膜由于其具有良好的化学稳定性和优良的光催化性能,在金属防护、表面防污、抗菌自洁等领域呈现出巨大的应用潜力。本文首先在铝合金基体表面采用溶胶—凝胶技术制备了 TiO2薄膜,分析了薄膜的耐蚀性能。然后,对基体进行微弧氧化预处理,结合溶胶—凝胶工艺制备了复合薄膜,并对所制备的薄膜进行了耐蚀和防污性能研究。论文的主要研究内容包括:（1）采用溶胶—凝胶法制备了 TiO2薄膜,并对溶胶组分进行了研究。当加入去离子水为4ml、聚乙二醇2000的量为1.6g时,制备的TiO2薄膜表面光滑,无裂纹等缺陷。热处理温度为500℃时,薄膜锐钛矿含量较高。（2）通过设计正交试验,对铝合金基体微弧氧化预处理的工艺参数进行研究,得到微弧氧化预处理的最优工艺参数为电流密度15A/dm2,TiO2浓度为4g/L。结合溶胶—凝胶法制备薄膜的最优工艺,制备了表面经过微弧氧化预处理的TiO2复合薄膜。使用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）对薄膜的表面形貌和物相组成进行了分析。（3）采用电化学阻抗谱（EIS）对溶胶—凝胶薄膜以及复合薄膜在海水环境中的腐蚀机理进行了研究。极化曲线分析表明,复合薄膜的自腐蚀电位相比基体及溶胶—凝胶薄膜的自腐蚀电位正移,自腐蚀电流密度减小,表明复合薄膜耐蚀性较好。经过1000h的人工海水浸泡以及500h盐雾试验得出,基体及溶胶—凝胶薄膜表面腐蚀较为严重,复合薄膜试验前后表面未发生明显变化,说明其耐蚀性能良好。且随着微弧氧化预处理时间的延长,耐蚀性能增加。（4）通过测试薄膜表面接触角得出,随着热处理温度的升高,溶胶—凝胶薄膜逐渐从亲水状态转变为疏水状态。在500℃热处理之后,薄膜表面接触角为134.4°,接近于超疏水的状态。复合薄膜的接触角随微弧氧化预处理时间的延长而增大,但始终呈亲水状态。通过降解亚甲基蓝的试验,表征薄膜的光催化性能。溶胶—凝胶薄膜光催化效果很小,复合薄膜的光催化效果较为明显,经过20min微弧氧化处理的复合薄膜,光催化降解率达到51.1%。通过观察大肠杆菌在试样表面的生长情况,表征薄膜的抑菌性能。溶胶—凝胶薄膜的表面大肠杆菌附着量较少,主要是由于其表面经过电解抛光处理,不易被微生物附着。复合薄膜中,经过20min微弧氧化预处理的薄膜表面附着量较少,印证了其表面TiO2含量较多,光催化性能较好。

关键词：TiO₂;溶胶—凝胶;微弧氧化;复合薄膜;防腐;防污

学科专业：机械制造及其自动化

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.1.1 铝合金的应用

1.1.2 海洋环境的腐蚀及污损

1.2 船体防腐防污技术现状及研究进展

1.2.1 船体防腐技术现状及研究进展

1.2.2 船体防污技术现状及研究进展

1.3 TiO_2薄膜的功能

1.3.1 TiO_2薄膜的防腐机理

1.3.2 TiO_2薄膜的光催化机理

1.3.3 TiO_2薄膜的润湿性机理

1.4 TiO_2薄膜的制备方法及改性研究

1.4.1 TiO_2薄膜的制备方法

1.4.2 TiO_2薄膜的改性研究

1.5 课题的主要研究内容及技术路线图

1.5.1 课题主要研究内容

1.5.2 研究技术路线图

第2章 TiO_2薄膜的制备方法及表征手段

2.1 试验材料、试剂及仪器

2.1.1 试验材料

2.1.2 化学试剂

2.1.3 主要试验仪器

2.2 试验过程及方法

2.2.1 铝合金表面溶胶—凝胶法制备薄膜

2.2.2 铝合金表面微弧氧化预处理

2.2.3 铝合金表面复合薄膜的制备

2.3 表征方法

2.3.1 显微组织

2.3.2 耐蚀性能

2.3.3 防污性能

第3章 TiO_2薄膜的制备过程及工艺研究

3.1 溶胶—凝胶法制备TiO_2薄膜及其工艺研究

3.1.1 溶胶组分的研究

3.1.2 热处理工艺对薄膜物相的影响

3.2 微弧氧化预处理及其工艺研究

3.2.1 正交试验设计

3.2.2 微弧氧化薄膜表面形貌分析

3.2.3 微弧氧化薄膜物相分析

3.2.4 正交试验结果分析

3.3 复合薄膜的制备及其物相与形貌分析

3.3.1 复合薄膜的制备过程

3.3.2 复合薄膜的表面形貌分析

3.3.3 复合薄膜的物相组成分析

3.4 本章小结

第4章 TiO_2薄膜的耐蚀性能研究

4.1 铝合金表面膜层腐蚀机理研究

4.1.1 基体及薄膜的电化学阻抗特征分析

4.1.2 溶胶—凝胶薄膜的腐蚀机理研究

4.1.3 复合薄膜的腐蚀机理研究

4.2 浸泡试验分析

4.2.1 表面膜层的宏观形貌变化

4.2.2 表面膜层的微观形貌分析

4.3 极化曲线分析

4.3.1 溶胶—凝胶薄膜极化曲线变化规律

4.3.2 复合薄膜极化曲线分析

4.3.3 动态极化曲线分析

4.4 盐雾试验分析

4.4.1 盐雾试验之后膜层形貌及能谱分析

4.4.2 试样质量变化曲线

4.5 本章小结

第5章 TiO_2薄膜的防污性能研究

5.1 溶胶—凝胶薄膜及复合薄膜的接触角测试

5.1.1 热处理温度及氧化时间对薄膜接触角影响规律

5.1.2 复合薄膜的接触角变化规律

5.2 溶胶—凝胶薄膜及复合薄膜的光催化性能研究

5.2.1 光催化试验方案

5.2.2 光催化结果与分析

5.3 溶胶—凝胶薄膜及复合薄膜的抑菌性能研究

5.3.1 抑菌试验方案

5.3.2 结果与分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢